JPWO2016098538A1 - 絶縁型降圧コンバータ - Google Patents

絶縁型降圧コンバータ Download PDF

Info

Publication number
JPWO2016098538A1
JPWO2016098538A1 JP2016564754A JP2016564754A JPWO2016098538A1 JP WO2016098538 A1 JPWO2016098538 A1 JP WO2016098538A1 JP 2016564754 A JP2016564754 A JP 2016564754A JP 2016564754 A JP2016564754 A JP 2016564754A JP WO2016098538 A1 JPWO2016098538 A1 JP WO2016098538A1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
coils
output side
series
coil
side coil
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2016564754A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6336127B2 (ja
Inventor
中島 浩二
浩二 中島
熊谷 隆
隆 熊谷
雄二 白形
雄二 白形
悠士朗 城戸
悠士朗 城戸
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Publication of JPWO2016098538A1 publication Critical patent/JPWO2016098538A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6336127B2 publication Critical patent/JP6336127B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/34Special means for preventing or reducing unwanted electric or magnetic effects, e.g. no-load losses, reactive currents, harmonics, oscillations, leakage fields
    • H01F27/38Auxiliary core members; Auxiliary coils or windings
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/08Cooling; Ventilating
    • H01F27/22Cooling by heat conduction through solid or powdered fillings
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/2804Printed windings
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/2876Cooling
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/40Structural association with built-in electric component, e.g. fuse
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/42Circuits specially adapted for the purpose of modifying, or compensating for, electric characteristics of transformers, reactors, or choke coils
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F30/00Fixed transformers not covered by group H01F19/00
    • H01F30/06Fixed transformers not covered by group H01F19/00 characterised by the structure
    • H01F30/10Single-phase transformers
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33507Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback converters
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/003Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
    • H05K1/0296Conductive pattern lay-out details not covered by sub groups H05K1/02 - H05K1/0295
    • H05K1/0298Multilayer circuits
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
    • H05K1/11Printed elements for providing electric connections to or between printed circuits
    • H05K1/115Via connections; Lands around holes or via connections
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/2804Printed windings
    • H01F2027/2809Printed windings on stacked layers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/2804Printed windings
    • H01F2027/2819Planar transformers with printed windings, e.g. surrounded by two cores and to be mounted on printed circuit
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/40Structural association with built-in electric component, e.g. fuse
    • H01F2027/408Association with diode or rectifier
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33569Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
    • H02M3/33573Full-bridge at primary side of an isolation transformer

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Coils Of Transformers For General Uses (AREA)

Abstract

絶縁型降圧コンバータは、第1および第2の降圧トランス(2A,2B)を備え、そのそれぞれは、入力側コイルと、出力側コイルとを含む。第1の降圧トランス(2A)の出力側コイルと第2の降圧トランス(2B)の出力側コイルとが1つずつ直列接続された第1、第2、第3、第4の直列コイルのそれぞれに第1、第2、第3、第4の整流素子(31A〜31D)が直列接続される。第1〜第4の直列コイルは平滑コイル(42A,42B)に接続される。第1および第2の直列コイルのいずれかならびに第3および第4の直列コイルのいずれか、のみに交互に同時に電流が流れ、かつ、第1および第2の直列コイルのいずれかならびに第3および第4の直列コイルのいずれか、の2つに同時に流れる電流は互いに反対方向となるように接続されている。

Description

本発明は絶縁型降圧コンバータに関し、特に、直流高電圧から直流低電圧を生成する絶縁型降圧コンバータに関するものである。
たとえば特開2008−178205号公報(特許公報1)においては、降圧トランスを2つに分け、入力側回路として2つの入力側コイルが直列に接続され、出力側回路として2つの平滑コイルが並列に接続されている。
特開2008−178205号公報
特開2008−178205号公報においては、平滑コイルを2つに分け、電流を分散することにより発熱量の低減および分散ができる。しかし特開2008−178205号公報においては、2つの降圧トランスのそれぞれの入力側コイルに印加される電圧間のアンバランス、および降圧トランスの入力側コイルと出力側コイルとの結合アンバランスにより、2つの平滑コイルのそれぞれに流れる電流が等しくならず、当該電流値がアンバランスになることがある。したがってアンバランス分だけマージンを取っておく必要がある。ここでマージンを取るとは、2つの平滑コイルのうち一方に他方よりも過大な電流が流れることによる当該一方の平滑コイルの過剰な温度上昇を抑制する観点から、平滑コイルの巻線の通電断面積を大きく設計することを意味する。しかしこのようにすれば、平滑コイルが大型になってしまい、半導体機器の高集積化に背反する結果を招く可能性がある。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、2つに分けられた平滑コイルのそれぞれに流れる電流値を等しくし、平滑コイルを小型化することが可能な絶縁型降圧コンバータを提供することである。
本発明の絶縁型降圧コンバータは、第1および第2の降圧トランスを備え、そのそれぞれは、入力側コイルと、出力側コイルとを含む。第1の降圧トランスの出力側コイルと第2の降圧トランスの出力側コイルとが1つずつ直列接続された第1、第2、第3、第4の直列コイルのそれぞれに第1、第2、第3、第4の整流素子が直列接続される。第1〜第4の直列コイルは平滑コイルに接続される。第1および第2の直列コイルのいずれかならびに第3および第4の直列コイルのいずれか、のみに交互に同時に電流が流れ、かつ、第1および第2の直列コイルのいずれかならびに第3および第4の直列コイルのいずれか、の2つに同時に流れる電流は互いに反対方向となるように接続されている。
本発明によれば、2つの平滑コイルに流れる電流値を等しくできるため、平滑コイルを小型化することができる。
実施の形態1の絶縁型降圧コンバータの回路ブロック図である。 実施の形態1の降圧トランスを構成するコアおよび多層プリント基板の配置を示す分解斜視図である。 最終的に組み立てられた後の、図2のIII−III線に沿う部分の多層プリント基板の構成を示す概略断面図である。 図1の回路ブロック図で示される、実施の形態1の第1例の降圧トランスを構成する入力側および出力側コイルの最下層のパターン、および入力側駆動回路が第1の状態のときの磁束の方向を示す概略図(A)と、実施の形態1の第1例の当該入力側および出力側コイルの最下層から2層目のパターン等を示す概略図(B)と、実施の形態1の第1例の当該入力側および出力側コイルの最下層から3層目のパターン等を示す概略図(C)と、実施の形態1の第1例の当該入力側および出力側コイルの最下層から4層目のパターン等を示す概略図(D)とである。 図1の回路ブロック図で示される、実施の形態1の第1例の降圧トランスを構成する入力側および出力側コイルの最下層のパターン、および入力側駆動回路が第2の状態のときの磁束の方向を示す概略図(A)と、実施の形態1の第1例の当該入力側および出力側コイルの最下層から2層目のパターン等を示す概略図(B)と、実施の形態1の第1例の当該入力側および出力側コイルの最下層から3層目のパターン等を示す概略図(C)と、実施の形態1の第1例の当該入力側および出力側コイルの最下層から4層目のパターン等を示す概略図(D)とである。 図1の回路ブロック図で示される、実施の形態1の第2例の降圧トランスを構成する入力側および出力側コイルの最下層のパターン、および入力側駆動回路が第1の状態のときの磁束の方向を示す概略図(A)と、実施の形態1の第2例の当該入力側および出力側コイルの最下層から2層目のパターン等を示す概略図(B)と、実施の形態1の第2例の当該入力側および出力側コイルの最下層から3層目のパターン等を示す概略図(C)と、実施の形態1の第2例の当該入力側および出力側コイルの最下層から4層目のパターン等を示す概略図(D)とである。 図1の回路ブロック図で示される、実施の形態1の第2例の降圧トランスを構成する入力側および出力側コイルの最下層のパターン、および入力側駆動回路が第2の状態のときの磁束の方向を示す概略図(A)と、実施の形態1の第2例の当該入力側および出力側コイルの最下層から2層目のパターン等を示す概略図(B)と、実施の形態1の第2例の当該入力側および出力側コイルの最下層から3層目のパターン等を示す概略図(C)と、実施の形態1の第2例の当該入力側および出力側コイルの最下層から4層目のパターン等を示す概略図(D)とである。 図1の回路ブロック図で示される、実施の形態1の第3例の降圧トランスを構成する入力側および出力側コイルの最下層のパターン、および入力側駆動回路が第1の状態のときの磁束の方向を示す概略図(A)と、実施の形態1の第3例の当該入力側および出力側コイルの最下層から2層目のパターン等を示す概略図(B)と、実施の形態1の第3例の当該入力側および出力側コイルの最下層から3層目のパターン等を示す概略図(C)と、実施の形態1の第3例の当該入力側および出力側コイルの最下層から4層目のパターン等を示す概略図(D)とである。 入力側コイルに加わる電圧の時間変化を示すグラフ(A)と、出力側コイル22A,22B,22E,22Fに加わる電圧の時間変化を示すグラフ(B)と、出力側コイル22C,22D,22G,22Hに加わる電圧の時間変化を示すグラフ(C)と、平滑コイルに加わる電圧の時間変化を示すグラフ(D)と、平滑コイルに流れる電流の時間変化を示すグラフ(E)とである。 実施の形態1における図2のX−X線に沿う部分が組み立てられ、放熱器にセットされた態様を示す概略断面図である。 実施の形態2の絶縁型降圧コンバータの回路ブロック図である。 図11の回路ブロック図で示される、実施の形態2の第1例の降圧トランスを構成する入力側および出力側コイルの最下層のパターン、および入力側駆動回路が第1の状態のときの磁束の方向を示す概略図(A)と、実施の形態2の第1例の当該入力側および出力側コイルの最下層から2層目のパターン等を示す概略図(B)と、実施の形態2の第1例の当該入力側および出力側コイルの最下層から3層目のパターン等を示す概略図(C)と、実施の形態2の第1例の当該入力側および出力側コイルの最下層から4層目のパターン等を示す概略図(D)とである。 図11の回路ブロック図で示される、実施の形態2の第1例の降圧トランスを構成する入力側および出力側コイルの最下層のパターン、および入力側駆動回路が第2の状態のときの磁束の方向を示す概略図(A)と、実施の形態2の第1例の当該入力側および出力側コイルの最下層から2層目のパターン等を示す概略図(B)と、実施の形態2の第1例の当該入力側および出力側コイルの最下層から3層目のパターン等を示す概略図(C)と、実施の形態2の第1例の当該入力側および出力側コイルの最下層から4層目のパターン等を示す概略図(D)とである。 図11の回路ブロック図で示される、実施の形態2の第2例の降圧トランスを構成する入力側および出力側コイルの最下層のパターン、および入力側駆動回路が第1の状態のときの磁束の方向を示す概略図(A)と、実施の形態2の第2例の当該入力側および出力側コイルの最下層から2層目のパターン等を示す概略図(B)と、実施の形態2の第2例の当該入力側および出力側コイルの最下層から3層目のパターン等を示す概略図(C)と、実施の形態2の第2例の当該入力側および出力側コイルの最下層から4層目のパターン等を示す概略図(D)とである。 図11の回路ブロック図で示される、実施の形態2の第2例の降圧トランスを構成する入力側および出力側コイルの最下層のパターン、および入力側駆動回路が第2の状態のときの磁束の方向を示す概略図(A)と、実施の形態2の第2例の当該入力側および出力側コイルの最下層から2層目のパターン等を示す概略図(B)と、実施の形態2の第2例の当該入力側および出力側コイルの最下層から3層目のパターン等を示す概略図(C)と、実施の形態2の第2例の当該入力側および出力側コイルの最下層から4層目のパターン等を示す概略図(D)とである。 実施の形態3の絶縁型降圧コンバータの回路ブロック図である。 図16の回路ブロック図で示される、実施の形態3の第1例の降圧トランスを構成する入力側および出力側コイルの最下層のパターン、および入力側駆動回路が第1の状態のときの磁束の方向を示す概略図(A)と、実施の形態3の第1例の当該入力側および出力側コイルの最下層から2層目のパターン等を示す概略図(B)と、実施の形態3の第1例の当該入力側および出力側コイルの最下層から3層目のパターン等を示す概略図(C)と、実施の形態3の第1例の当該入力側および出力側コイルの最下層から4層目のパターン等を示す概略図(D)とである。 図16の回路ブロック図で示される、実施の形態3の第1例の降圧トランスを構成する入力側および出力側コイルの最下層のパターン、および入力側駆動回路が第2の状態のときの磁束の方向を示す概略図(A)と、実施の形態3の第1例の当該入力側および出力側コイルの最下層から2層目のパターン等を示す概略図(B)と、実施の形態3の第1例の当該入力側および出力側コイルの最下層から3層目のパターン等を示す概略図(C)と、実施の形態3の第1例の当該入力側および出力側コイルの最下層から4層目のパターン等を示す概略図(D)とである。 図16の回路ブロック図で示される、実施の形態3の第2例の降圧トランスを構成する入力側および出力側コイルの最下層のパターン、および入力側駆動回路が第1の状態のときの磁束の方向を示す概略図(A)と、実施の形態3の第2例の当該入力側および出力側コイルの最下層から2層目のパターン等を示す概略図(B)と、実施の形態3の第2例の当該入力側および出力側コイルの最下層から3層目のパターン等を示す概略図(C)と、実施の形態3の第2例の当該入力側および出力側コイルの最下層から4層目のパターン等を示す概略図(D)とである。 図16の回路ブロック図で示される、実施の形態3の第2例の降圧トランスを構成する入力側および出力側コイルの最下層のパターン、および入力側駆動回路が第2の状態のときの磁束の方向を示す概略図(A)と、実施の形態3の第2例の当該入力側および出力側コイルの最下層から2層目のパターン等を示す概略図(B)と、実施の形態3の第2例の当該入力側および出力側コイルの最下層から3層目のパターン等を示す概略図(C)と、実施の形態3の第2例の当該入力側および出力側コイルの最下層から4層目のパターン等を示す概略図(D)とである。 実施の形態4の降圧トランスを構成するコアおよび多層プリント基板の配置を示す分解斜視図である。 最終的に組み立てられた後の、図21のXXII−XXII線に沿う部分の多層プリント基板の構成を示す概略断面図である。 図11の回路ブロック図で示される、実施の形態4の降圧トランスを構成する入力側および出力側コイルの最下層のパターン、および入力側駆動回路が第1の状態のときの磁束の方向を示す概略図(A)と、実施の形態4の当該入力側および出力側コイルの最下層から2層目のパターン等を示す概略図(B)と、実施の形態4の当該入力側および出力側コイルの最下層から3層目のパターン等を示す概略図(C)と、実施の形態4の当該入力側および出力側コイルの最下層から4層目のパターン等を示す概略図(D)とである。 図11の回路ブロック図で示される、実施の形態4の降圧トランスを構成する入力側および出力側コイルの最下層のパターン、および入力側駆動回路が第2の状態のときの磁束の方向を示す概略図(A)と、実施の形態4の当該入力側および出力側コイルの最下層から2層目のパターン等を示す概略図(B)と、実施の形態4の当該入力側および出力側コイルの最下層から3層目のパターン等を示す概略図(C)と、実施の形態4の当該入力側および出力側コイルの最下層から4層目のパターン等を示す概略図(D)とである。 実施の形態4における図21のXXV−XXV線に沿う部分が組み立てられ、放熱器にセットされた態様を示す概略断面図である。 実施の形態5の降圧トランスを構成するコアおよび多層プリント基板の配置を示す分解斜視図である。 図16の回路ブロック図で示される、実施の形態5の降圧トランスを構成する入力側および出力側コイルの最下層のパターン、および入力側駆動回路が第1の状態のときの磁束の方向を示す概略図(A)と、実施の形態5の当該入力側および出力側コイルの最下層から2層目のパターン等を示す概略図(B)と、実施の形態5の当該入力側および出力側コイルの最下層から3層目のパターン等を示す概略図(C)と、実施の形態5の当該入力側および出力側コイルの最下層から4層目のパターン等を示す概略図(D)とである。 図16の回路ブロック図で示される、実施の形態5の降圧トランスを構成する入力側および出力側コイルの最下層のパターン、および入力側駆動回路が第2の状態のときの磁束の方向を示す概略図(A)と、実施の形態5の当該入力側および出力側コイルの最下層から2層目のパターン等を示す概略図(B)と、実施の形態5の当該入力側および出力側コイルの最下層から3層目のパターン等を示す概略図(C)と、実施の形態5の当該入力側および出力側コイルの最下層から4層目のパターン等を示す概略図(D)とである。
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
(実施の形態1)
まず図1を用いて、本実施の形態の絶縁型降圧コンバータを構成する回路について説明する。
図1を参照して、本実施の形態の絶縁型降圧コンバータ101は、入力側駆動回路1と、降圧トランス2と、整流素子31と、平滑コイル42と、制御回路5とを主に有している。
入力側駆動回路1は、4つのスイッチング素子11A,11B,11C,11D(これらをまとめてスイッチング素子11とする)を有している。降圧トランス2としては、降圧トランス2A(第1の降圧トランス)と、降圧トランス2B(第2の降圧トランス)との2つを有している。整流素子31は、4つの整流素子31A,31B,31C,31Dを有している。平滑コイル42は、平滑コイル42A(第1の平滑コイル)と平滑コイル42B(第2の平滑コイル)とを有している。
入力側駆動回路1においては、スイッチング素子11が図1のように接続されている。具体的には直列に接続されたスイッチング素子11A,11Bと、直列に接続されたスイッチング素子11C,11Dとが、並列に接続されている。スイッチング素子11Aとスイッチング素子11Bとの間には接続点12が、スイッチング素子11Cとスイッチング素子11Dとの間には接続点13が存在する。接続点12と接続点13との間に、互いに直列に接続される、入力側コイル21としての2つの入力側コイル21A(第1の入力側コイル)と入力側コイル21B(第2の入力側コイル)とが接続されている。
スイッチング素子11は制御回路5に接続されているため、制御回路5によりスイッチング素子11A〜11Dが交互にオンオフするよう制御される。具体的には、スイッチング素子11Aおよびスイッチング素子11Dがオンする第1の状態と、スイッチング素子11Bおよびスイッチング素子11Cがオンする第2の状態とが一定の時間間隔ごとに交互に出現する。これにより入力側駆動回路1においては、第1の状態と第2の状態との間で、直流電源6の電圧Vinからの入力電圧が、互いに反対方向に(一方が正の電圧で、他方が負の電圧であるように)、入力側コイル21A,21Bに印加される。
以上のようにスイッチング素子11は4つのスイッチング素子11A〜11Dによりいわゆるフルブリッジ回路を構成している。しかし上記第1および第2の状態の間で交互に互いに反対方向の電圧を入力側コイル21に印加可能であれば、スイッチング素子11の態様は上記図1の態様に限らず、たとえば2つのスイッチング素子で構成するいわゆるハーフブリッジ回路などが採用されてもよい。
降圧トランス2A,2Bは、出力側コイル22として、8つの出力側コイル22A,22B,22C,22D,22E,22F,22G,22Hを有している。出力側コイル22Aと出力側コイル22Bとは直列に接続されている。その直列接続された出力側コイル22A,22Bの1対の端部のうち一方の端部(出力側コイル22B側の端部)は絶縁型降圧コンバータ101の出力側の基準電位7に、他方の端部(出力側コイル22A側の端部)は整流素子31Aのアノードに接続されている。
同様に、出力側コイル22Cと出力側コイル22Dとは直列に接続されている。その直列接続された出力側コイル22C,22Dの1対の端部のうち一方の端部(出力側コイル22C側の端部)は絶縁型降圧コンバータ101の出力側の基準電位7に、他方の端部(出力側コイル22D側の端部)は整流素子31Bのアノードに接続されている。また出力側コイル22Eと出力側コイル22Fとは直列に接続されている。その直列接続された出力側コイル22E,22Fの1対の端部のうち一方の端部(出力側コイル22F側の端部)は絶縁型降圧コンバータ101の出力側の基準電位7に、他方の端部(出力側コイル22E側の端部)は整流素子31Cのアノードに接続されている。また出力側コイル22Gと出力側コイル22Hとは直列に接続されている。その直列接続された出力側コイル22G,22Hの1対の端部のうち一方の端部(出力側コイル22G側の端部)は絶縁型降圧コンバータ101の出力側の基準電位7に、他方の端部(出力側コイル22H側の端部)は整流素子31Dのアノードに接続されている。
整流素子31Aと整流素子31Bとのカソードには平滑コイル42Aが、整流素子31Cと整流素子31Dとのカソードには平滑コイル42Bが、それぞれ接続される。また平滑コイル42A,42Bの1対の端部のうち整流素子31A〜31Dと接続される側と反対側の端部には平滑コンデンサ41が接続される。平滑コンデンサ41の両端部の間には絶縁型降圧コンバータ101の出力電圧Voが印加される。
直列に接続される出力側コイル22Aと出力側コイル22Bとのいずれか一方は降圧トランス2Aを構成し、いずれか他方は降圧トランス2Bを構成する。同様に、直列に接続される出力側コイル22Cと出力側コイル22Dとのいずれか一方は降圧トランス2Aを、いずれか他方は降圧トランス2Bを構成する。また直列に接続される出力側コイル22Eと出力側コイル22Fとのいずれか一方は降圧トランス2Aを、いずれか他方は降圧トランス2Bを構成する。また直列に接続される出力側コイル22Gと出力側コイル22Hとのいずれか一方は降圧トランス2Aを、いずれか他方は降圧トランス2Bを構成する。
次に、図2〜図8を用いて、本実施の形態における降圧トランス2を構成する各部材の構造について説明する。
図2を参照して、本実施の形態の降圧トランス2は、降圧トランス2Aとして、E型コア23A(第1のコア)と、I型コア24Aと、多層プリント基板26とを主に有している。また降圧トランス2Bとして、E型コア23B(第2のコア)と、I型コア24Bと、多層プリント基板26とを主に有している。降圧トランス2Aと降圧トランス2Bとは互いに(たとえば水平方向に)並ぶように配置されている。降圧トランス2Aと降圧トランス2Bとは、多層プリント基板26を共有している。
E型コア23Aは、図2の外足23A1,23A2と、中足23A3と、コア連結部23A4とを有している。外足23A1,23A2および中足23A3はコア連結部23A4から図2の下方に延び、コア連結部23A4は図2の左右方向に延びる領域である。またE型コア23Bは、図2の外足23B1,23B2と、中足23B3と、コア連結部23B4とを有している。外足23B1,23B2および中足23B3はコア連結部23B4から図2の下方に延び、コア連結部23B4は図2の左右方向に延びる領域である。なお図2は分解斜視図であるため、上記の各部材の配置を示しているにすぎず、これらの各部材が最終的に降圧トランス2の内部で組み立てられた態様を示すものではない。
E型コア23Aの外足23A1(第1の一方外足)は、中足23A3(第1の中足)と同じ方向すなわち図2の下方向に延びており、中足23A3と(図2の左右方向に関して)互いに間隔をあけて配置されている。外足23A2(第1の他方外足)は、中足23A3に対して外足23A1と反対側(つまり図2の中足23A3の右側)に、中足23A3と(図2の左右方向に関して)互いに間隔をあけて配置されている。つまりE型コア23Aにおける2つの外足23A1,23A2は、図2の左右側から中足23A3を挟むように配置されている。コア連結部23A4は、図2の上下方向に延びる外足23A1,23A2および中足23A3をこれらの上側の端部で互いに接続するように、外足23A1,23A2および中足23A3の延びる方向に交差する方向(図2の左右方向)に延びる部分である。
同様に、E型コア23Bの外足23B1(第2の一方外足)は、中足23B3(第2の中足)と同じ方向すなわち図2の下方向に延びており、中足23B3と(図2の左右方向に関して)互いに間隔をあけて配置されている。外足23B2(第2の他方外足)は、中足23B3に対して外足23B1と反対側(つまり図2の中足23B3の右側)に、中足23B3と(図2の左右方向に関して)互いに間隔をあけて配置されている。つまりE型コア23Bにおける2つの外足23B1,23B2は、図2の左右側から中足23B3を挟むように配置されている。コア連結部23B4は、図2の上下方向に延びる外足23B1,23B2および中足23B3をこれらの上側の端部で互いに接続するように、外足23B1,23B2および中足23B3の延びる方向に交差する方向(図2の左右方向)に延びる部分である。
図2においては、中足23A3,23B3の延びる方向に交差する断面が、外足23A1,23A2,23B1,23B2の延びる方向に交差する断面よりも大きくなっている。より具体的には、図2においては外足23A1,23B1と外足23A2,23B2との当該断面の面積はほぼ等しく、かつ2つの外足23A1と外足23A2との当該断面の面積の和(外足23B1と外足23B2との当該断面の面積の和)は中足23A3(中足23B3)の当該断面の面積にほぼ等しくなっている。しかしこのような態様に限られない。
以上によりE型コア23A,23Bはいずれも、図2の正面側から見ればあたかも「E」の文字のような形状を有している。
I型コア24A,24Bは、コア連結部23A4,23B4のように図の左右方向に延びる直方体状を有している。図2の全体を上方から見れば(平面視すれば)、E型コア23A,23BとI型コア24A,24Bとはいずれも、互いに合同の関係にある長方形状(長尺形状)であることが好ましい。I型コア24A,24Bの表面上にE型コア23A,23Bが接するように載置されることにより、E型コア23A,23BとI型コア24A,24Bとが降圧トランス2A,2Bを構成するようなセットとなる。
なおE型コア23A,23BおよびI型コア24A,24Bはともに一般公知のフェライトなどにより形成されることが好ましい。
多層プリント基板26はたとえば平面視において矩形状を有する平板状の部材である。多層プリント基板26には、一方(図の上側)の主表面から他方(図の下側)の主表面までこれを貫通するように、たとえば6つの貫通孔26A1,26A2,26A3,26B1,26B2,26B3が互いに間隔をあけて行列状に形成されている。
E型コア23AとI型コア24Aとに挟まれるように配置された多層プリント基板26は、外足23A1が貫通孔26A1を、外足23A2が貫通孔26A2を、中足23A3が貫通孔26A3を、それぞれ貫通するようにセットされる。その外足および中足23A1,23A2,23A3の末端部(図2の最下部)がI型コア24の長尺形状の表面上に載置されるように固定される。これによりE型コア23Aの外足23A1,23A2および中足23A3の一部が貫通孔26A1,26A2,26A3のそれぞれを貫通するように降圧トランス2Aが組み立てられる。同様に、多層プリント基板26は、外足23B1が貫通孔26B1を、外足23B2が貫通孔26B2を、中足23B3が貫通孔26B3を、それぞれ貫通するようにセットされる。組み立てられた降圧トランス2Aは、外足23A1と中足23A3と、および外足23A2と中足23A3とにより、2つの磁路が形成される。降圧トランス2Bについても同様である。
なおここではE型コアとI型コアとが組み合わせられることにより2つの磁路が形成されるが、これに限らず、たとえば2つのE型コアが組み合わせられたり、2つのEER型コアが組み合わせられたりすることにより、2つの磁路を有する降圧トランスが組み立てられてもよい。
図2および図3を参照して、最終的に組み立てられた後の多層プリント基板26は、たとえば一般公知の樹脂などの絶縁材料の基板本体部37を土台とし、その内部に複数の、たとえば銅などの金属薄膜のパターン20が配線として形成された基板である。本実施の形態の多層プリント基板26は、たとえばパターン20A,20B,20C,20Dの4層のパターンを有している。これらのうち最下層のパターン20Aは、基板本体部37の最下面に接するように(つまり多層プリント基板26全体の最下層となるように)形成されていてもよく、最上層のパターン20Dは、基板本体部37の最上面に接するように(つまり多層プリント基板26全体の最上層となるように)形成されていてもよい。ただしこのような態様に限られず、たとえばパターン20A,20Dが(パターン20B,20Cと同様に)多層プリント基板26の内部に形成されていてもよい。パターン20A〜20Dは、絶縁材料の基板本体部37により図3の上下方向に関して互いに間隔をあけて配置されており、たとえば配線用のビアなどによって接続されない限り、互いに電気的に接続されない(短絡されない)態様になっている。
図3に示すように4層のパターン20A〜20Dを有する多層プリント基板26を4層プリント基板と呼んでもよい。4層のパターン20A〜20Dが貫通孔26A1〜26A3などの周囲に配置されることにより、貫通孔26A1〜26A3などの周囲がパターン20A〜20Dで囲まれる。
次に、図4〜図8を用いて、各層のパターンすなわち入力側および出力側コイルの構成、および降圧トランスの動作について説明する。
図4(A)を参照して、本実施の形態の第1例においては、多層プリント基板26の4層のパターン20A〜20Dのうち最下層である1層目を平面視すれば、この面には、図3のパターン20Aと同一の層(同一の平面上)として、4つの出力側コイル22A,22B,22E,22Fが配置されている。つまり上記の出力側コイル22A,22B,22E,22Fは、パターン20Aと同一の層である(パターン20Aに対応する膜である)と考えてもよく、たとえば銅の薄膜のパターンとして形成されたコイルである。
出力側コイル22A(第5の出力側コイル)は、降圧トランス2Bの外足23B1と中足23B3との間の領域を含むように配置されており、これと直列に接続される出力側コイル22B(第1の出力側コイル)は、降圧トランス2Aの外足23A1と中足23A3との間の領域を含むように配置されている。また出力側コイル22E(第4の出力側コイル)は、降圧トランス2Aの外足23A2と中足23A3との間の領域を含むように配置されており、これと直列に接続される出力側コイル22F(第8の出力側コイル)は、降圧トランス2Bの外足23B2と中足23B3との間の領域を含むように配置されている。
したがって出力側コイル22Bと出力側コイル22Eとは、降圧トランス2Aを構成し、出力側コイル22Aと出力側コイル22Fとは、降圧トランス2Bを構成する。
なお出力側コイル22A,22B,22E,22Fは、少なくとも上記の外足と中足との間の領域においては平面視において直線状に延びている。つまり擬似的に出力側コイル22A,22B,22E,22Fはこれに隣り合う外足の周囲を1ターンの半分(0.5ターン)巻回しているのと等価であるとみることができる。
出力側コイル22Bは、外足23A1と中足23A3とに挟まれた直線状の領域の一方の端部側(図4(A)の左側)において、上記直線状に延びる方向とほぼ直交するように屈曲しており、この屈曲部には基準電位7が接続されている。また出力側コイル22Aの、外足23B1と中足23B3とに挟まれた直線状の領域の一方の端部側(図4(A)の右側)において、整流素子31A(第1の整流素子)のアノードが直列接続されている。ただしこのような屈曲部を有する態様に限らず、たとえば基準電位7から整流素子31Aまで一直線状に延びていてもよい。以降の図4〜図7のすべての出力側コイル22A〜22Hについても同様に、図中では屈曲部を有するがこのような態様に限られない。
以下同様に、出力側コイル22Fは、外足23B2と中足23B3とに挟まれた直線状の領域の一方の端部側(図4(A)の右側)における屈曲部には基準電位7が接続されている。また出力側コイル22Eの、外足23A2と中足23A3とに挟まれた直線状の領域の一方の端部側(図4(A)の左側)において、整流素子31C(第4の整流素子)のアノードが直列接続されている。
図4(B)を参照して、多層プリント基板26の4層のパターン20A〜20Dのうち最下層から2層目を平面視すれば、この面には、図3のパターン20Bと同一の層として、入力側コイル21A,21Bが配置されている。つまり上記の入力側コイル21A,21Bは、パターン20Bと同一の層である(パターン20Bに対応する膜である)と考えてもよく、たとえば銅の薄膜のパターンとして形成されたコイルである。
入力側コイル21Aは、外足23A1と中足23A3との間の領域、外足23A2と中足23A3との間の領域、および上記2つの領域間を結ぶ領域を通るように配置されている。より詳細には、入力側コイル21Aは、中足23A3の周囲を、図のようにたとえば渦巻き状に2ターン巻回する態様となっている。渦巻き状の入力側コイル21Aの1ターン目と2ターン目との間には隙間があり、両者が電気的に短絡しない構成となっている。入力側コイル21Aは、上記の各領域のそれぞれにおいて直線状に延びており、各領域間を跨ぐところでほぼ直角に屈曲している。これにより入力側コイル21Aは、平面視において矩形状を描くように中足23A3の周囲を巻回している。
同様に、入力側コイル21Bは、外足23B1と中足23B3との間の領域、外足23B2と中足23B3との間の領域、および上記2つの領域間を結ぶ領域を通るように配置されている。より詳細には、入力側コイル21Bは、中足23B3の周囲を、図のようにたとえば渦巻き状に2ターン巻回する態様となっている。渦巻き状の入力側コイル21Bの1ターン目と2ターン目との間には隙間があり、両者が電気的に短絡しない構成となっている。入力側コイル21Bは、上記の各領域のそれぞれにおいて直線状に延びており、各領域間を跨ぐところでほぼ直角に屈曲している。これにより入力側コイル21Bは、平面視において矩形状を描くように中足23B3の周囲を巻回している。
したがって中足23A3を巻回する入力側コイル21Aは降圧トランス2Aを構成し、中足23B3を巻回する入力側コイル21Bは降圧トランス2Bを構成する。
図4(C)を参照して、多層プリント基板26の4層のパターン20A〜20Dのうち最下層から3層目を平面視すれば、この面には、図3のパターン20Cと同一の層として、入力側コイル21A,21Bが配置されている。つまり上記の入力側コイル21A,21Bは、パターン20Cと同一の層である(パターン20Cに対応する膜である)と考えてもよく、たとえば銅の薄膜のパターンとして形成されたコイルである。
図4(C)の入力側コイル21A,21Bは、図4(B)の入力側コイル21A,21Bとほぼ同様に、中足23A3,23B3の周囲を渦巻き状にたとえば2ターン巻回する態様となっている。図4(B)の2ターンの入力側コイル21A,21Bと図4(C)の2ターンの入力側コイル21A,21Bとは、その端部同士が図3の上下方向(多層プリント基板26の厚み方向)に延びる接続ビア25A,25Bにより電気的に接続され、これらを合わせたものが1本の入力側コイル21A,21Bとして機能する。また図4(B)の入力側コイル21A,21Bの接続ビア25A,25Bに接続される側の端部と反対側の端部は図1の接続点12,13に対応する。
以上により合計4ターンの入力側コイル21Aと、合計4ターンの入力側コイル21Bとが構成される。また図4(C)においては、入力側コイル21Aと入力側コイル21Bとが直列に接続されている。
図4(D)を参照して、多層プリント基板26の4層のパターン20A〜20Dのうち最上層である4層目を平面視すれば、この面には、図3のパターン20Dと同一の層として、4つの出力側コイル22C,22D,22G,22Hが配置されている。つまり上記の出力側コイル22C,22D,22G,22Hは、パターン20Dと同一の層である(パターン20Dに対応する膜である)と考えてもよく、たとえば銅の薄膜のパターンとして形成されたコイルである。
出力側コイル22C(第3の出力側コイル)は、降圧トランス2Aの外足23A2と中足23A3との間の領域を含むように配置されており、これと直列に接続される出力側コイル22D(第7の出力側コイル)は、降圧トランス2Bの外足23B2と中足23B3との間の領域を含むように配置されている。また出力側コイル22G(第6の出力側コイル)は、降圧トランス2Bの外足23B1と中足23B3との間の領域を含むように配置されており、これと直列に接続される出力側コイル22H(第2の出力側コイル)は、降圧トランス2Aの外足23A1と中足23A3との間の領域を含むように配置されている。
したがって出力側コイル22Cと出力側コイル22Hとは、降圧トランス2Aを構成し、出力側コイル22Dと出力側コイル22Gとは、降圧トランス2Bを構成する。基本的に以降の各実施の形態においても、図の左側のコア23Aの外足および中足の間に挟まれた出力側コイルは降圧トランス2Aを構成し、図の右側のコア23Bの外足および中足の間に挟まれた出力側コイルは降圧トランス2Bを構成する。
なお出力側コイル22C,22D,22G,22Hは、少なくとも上記の外足と中足との間の領域においては平面視において直線状に延びている。つまり擬似的に出力側コイル22C,22D,22G,22Hはこれに隣り合う外足の周囲を1ターンの半分(0.5ターン)巻回しているのと等価であるとみることができる。
出力側コイル22Cは、外足23A2と中足23A3とに挟まれた直線状の領域の一方の端部側(図4(D)の左側)における屈曲部には基準電位7が接続されている。また出力側コイル22Dの、外足23B2と中足23B3とに挟まれた直線状の領域の一方の端部側(図4(D)の右側)において、整流素子31B(第3の整流素子)のアノードが直列接続されている。
出力側コイル22Gは、外足23B1と中足23B3とに挟まれた直線状の領域の一方の端部側(図4(D)の右側)における屈曲部には基準電位7が接続されている。また出力側コイル22Hの、外足23A1と中足23A3とに挟まれた直線状の領域の一方の端部側(図4(D)の左側)において、整流素子31D(第2の整流素子)のアノードが直列接続されている。
以上のように多層プリント基板26には入力側および出力側コイルが互いに積層されるように形成されている。E型コア23A,23Bの中足23A3,23B3は、これら入力側および出力側コイルに囲まれるように、多層プリント基板26を貫通している。
また上記の出力側コイル22A〜22Hの(外足と中足との間に挟まれた)平面視において直線状に延びる部分は、その真上(真下)の入力側コイル21A,21Bのいずれかと少なくとも部分的に互いに重なっている。このため、外足23A1,23A2と中足23A3との間の領域において渦巻き状に2ターンの巻回を可能とすべく幅が狭くなっている入力側コイル21A,21Bに比べて、1ターンの半分(0.5ターン)分のみ配置される出力側コイル22A〜22Hの幅は広くなっている。
上記のように入力側コイル21には、第1の状態と第2の状態との間で互いに反対方向に電圧が印加されるため、この入力側コイル21には、第1の状態と第2の状態との間で互いに反対方向に電流が流れる。次にこのことによる出力側コイル22の電流の流れの変化について説明する。
ここでたとえば図4(B)および図4(C)に示すように、スイッチング素子11Aおよびスイッチング素子11D(図1参照)がオンし、入力側コイル21には直流電源6からの正の入力電圧が加わり、スイッチング素子11の接続点12から接続点13に向けて図中の矢印の方向に電流が流れる第1の状態を考える。このとき図4(B)においては入力側コイル21Aの渦の外側から内側に向けて(入力側コイル21Bの渦の内側から外側に向けて)、図4(C)においては入力側コイル21Aの渦の内側から外側に向けて(入力側コイル21Bの渦の外側から内側に向けて)、電流が流れる。
この電流により、入力側コイル21A,21Bに巻回される中足23A3,23B3内には紙面上向きの磁束S1が生じ、外足23A1,23A2,23B1,23B2には、それぞれが中足23A3,23B3との間で形成される2つの磁路に応じてループ状に磁束が形成される。このため外足23A1,23A2,23B1,23B2には、中足23A3,23B3と反対方向である紙面下向きの磁束S2が生じる。
再度図4(A),(D)を参照して、出力側コイル22A,22B,22E,22Fには、上記図4(B),(C)の中足23A3,23B3内の磁束S1を打ち消すように、つまり中足23A3,23B3に磁束S2が生じるように誘導起電力が生じ、電流が流れようとする。なおこのとき外足23A1,23A2,23B1,23B2には磁束S1が生じようとする。出力側コイル22C,22D,22G,22Hについても出力側コイル22A,22B,22E,22Fと同様の理論に基づき電流が流れようとする。なお図4(A),(D)中のコア23A1〜23A3,23B1〜23B3には、図4(B),(C)に示す状況に起因して生じようとする磁束の向きが示されている。
そのためには出力側コイル22A,22B,22G,22Hには図の右向きに、出力側コイル22C,22D,22E,22Fには図の左向きに電流が流れようとする。しかし整流素子31B,31Dの整流作用により、出力側コイル22C,22D,22G,22Hに流れようとする電流は遮断されて流れず、実際には出力側コイル22A,22B,22E,22Fのみに図4(A)中に矢印で示す電流が整流素子31A,31Cを通るように流れる。具体的には、出力側コイル22A,22B,22E,22FはE型コア23A,23BおよびI型コア24A,24Bにより磁気結合しているため、それぞれと平面的に重なる入力側コイル21A,21Bに流れる電流の方向と逆方向に電流が流れる。
次に、図5(B)および図5(C)中の矢印に示すように、スイッチング素子11Bおよびスイッチング素子11C(図1参照)がオンし、入力側コイル21には直流電源6からの負の入力電圧が加わり、スイッチング素子11の接続点13から接続点12に向けて電流が流れる第2の状態を考える。このとき図5(B)においては入力側コイル21Aの渦の内側から外側に向けて(入力側コイル21Bの渦の外側から内側に向けて)、図5(C)においては入力側コイル21Aの渦の外側から内側に向けて(入力側コイル21Bの渦の内側から外側に向けて)、電流が流れる。
この電流により、上記と逆に入力側コイル21Aに巻回される中足23A3,23B3内には磁束S2が、外足23A1,23A2,23B1,23B2には磁束S1が生じる。
図5(A),(D)を参照して、出力側コイル22A,22B,22E,22Fには、上記図5(B),(C)の中足23A3,23B3内に起こった磁束の変化を打ち消すように、つまり磁束S1が生じるように誘導起電力が生じ、電流が流れようとする。なおこのとき外足23A1,23A2,23B1,23B2には磁束S2が生じようとする。出力側コイル22C,22D,22G,22Hについても同様である。図5(A),(D)中のコア23A1〜23A3,23B1〜23B3には、生じようとする磁束の向きが示されている。
そのためには出力側コイル22A,22B,22G,22Hには図の左向きに、出力側コイル22C,22D,22E,22Fには図の右向きに電流が流れようとする。しかし整流素子31A,31Cの整流作用により、出力側コイル22A,22B,22E,22Fに流れようとする電流は遮断されて流れず、実際には出力側コイル22C,22D,22G,22Hのみに図5(D)中に矢印で示す電流が整流素子31B,31Dを通るように流れる。上記と同様に、出力側コイル22C,22D,22G,22Hにはそれぞれと平面的に重なる入力側コイル21A,21Bに流れる電流の方向と逆方向に電流が流れる。
次に、図6(A)〜(D)および図7(A)〜(D)を参照して、本実施の形態の第2例において、図4および図5の第1例と同様の構成を有する箇所については同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。図6(A)〜(D)の本実施の形態の第2例においては、出力側コイル22A(第5の出力側コイル)、出力側コイル22B(第1の出力側コイル)、出力側コイル22G(第6の出力側コイル)および出力側コイル22H(第2の出力側コイル)は上記第1例と同様である。また図6(B),(C)は基本的に図4(B),(C)と同様である。
ただし図6(A)においては、出力側コイル22C(第3の出力側コイル)と出力側コイル22D(第7の出力側コイル)との直列接続がパターン20Aと同一の層として配置される。また図6(D)においては、出力側コイル22E(第4の出力側コイル)と出力側コイル22F(第8の出力側コイル)との直列接続がパターン20Dと同一の層として配置される。この点において図6は図4と異なっている。
図6を参照して、スイッチング素子11Aおよびスイッチング素子11D(図1参照)がオンする第1の状態における動作すなわちコア23A1〜23A3,23B1〜23B3の磁束の向きおよび入力側コイル21A,21Bおよび出力側コイル22A〜22Hの電流の向きは、図4と基本的に同様である。また図7を参照して、スイッチング素子11Bおよびスイッチング素子11C(図1参照)がオンする第2の状態における動作すなわちコア23A1〜23A3,23B1〜23B3の磁束の向きおよび入力側コイル21A,21Bおよび出力側コイル22A〜22Hの電流の向きは、図5と基本的に同様である。
次に図8(A)〜(D)を参照して、本実施の形態の第3例の絶縁型降圧コンバータは、基本的に第1例と同様の構成を有している。しかしここでは、多層プリント基板26の第1層のパターン20Aおよび第2層のパターン20B(図3参照)は図4(A),(B)と同じであるが、第3層のパターン20Cと第4層のパターン20Dの構成が図4(C),(D)とは逆になっている。すなわち図8(C)に示す第3層のパターン20Cに相当するのが図4(D)と同じ出力側コイル22C,22D,22G,22Hであり、図8(D)に示す第4層のパターン20Dに相当するのが図4(C)と同じ入力側コイル21A,21Bとなっている。
つまり第1例ではパターン20A,20B,20C,20Dがそれぞれ出力側コイル、入力側コイル、入力側コイル、出力側コイルに対応するようにこの順に積層されている。しかしこれに限らず、第3例のようにパターン20A,20B,20C,20Dがそれぞれ出力側コイル、入力側コイル、出力側コイル、入力側コイルに対応するようにこの順に積層されていてもよい。また図示されないが、パターン20A,20B,20C,20Dがそれぞれ出力側コイル、出力側コイル、入力側コイル、入力側コイルに対応するようにこの順に積層されていてもよい。
図8においては、各層の積層順序のみが図4と異なっており、各層の態様については図4(A)〜(D)のいずれかと同じである。このため本実施の形態の第3例での、上記の第1および第2の状態のそれぞれにおける動作は、第1例および第2例と同様である。
次に図9を用いて、上記の各状態間における各コイルに加わる電圧、および各平滑コイルに流れる電流の変化について説明する。
図9(A)を参照して、まず図4および図6に示す第1の状態のとき、入力側駆動回路1により、入力側コイル21Aおよび入力側コイル21Bには、合計で正の電圧Vinが印加され、したがって入力側コイル21Aと入力側コイル21BとのそれぞれにはVin/2ずつの電圧が印加される。
図9(B)に示すように、このとき電流が流れる出力側コイル22A,22Bの直列接続されたもの(第1の直列コイル)および出力側コイル22E,22Fの直列接続されたもの(第4の直列コイル)のそれぞれには正の電圧が加わる。ここでは降圧トランス2A,2B内における入力側コイルと出力側コイルとのターン数の比に応じて、出力側コイルの電圧は入力側コイルの電圧よりも低く(直列接続されたたとえば出力側コイル22A,22Bの合計の電圧がVin/8に)なっている。したがってたとえば個々の出力側コイル22Aなどに加わる電圧はさらにその半分のVin/16となる。
また図9(C)を参照して、このとき出力側コイル22C,22Dの直列接続されたもの(第3の直列コイル)および出力側コイル22G,22Hの直列接続されたもの(第2の直列コイル)には出力側コイル22A、22B,22E,22Fに対して位相が反転した(180°ずれた)負の電圧が加わり、ここでは直列2つ分の合計で−Vin/8(個々のコイルに対しては−Vin/16)となる。出力側コイル22C,22D,22G,22Hにはこのような電圧が加わるが、上記のように整流素子31B,31Dにより電流が遮断される。
次に図5および図7に示す第2の状態のとき、図9(A)に示すように入力側コイル21Aおよび入力側コイル21Bには、第1の状態とは位相が反転され、合計で負の電圧−Vinが印加される。図9(B)に示すように、このとき電流が流れない出力側コイル22A,22Bの直列接続されたもの(第1の直列コイル)および出力側コイル22E,22Fの直列接続されたもの(第4の直列コイル)のそれぞれには負の電圧(直列される2つの合計が−Vin/8)が加わる。
また図9(C)に示すように、このとき電流が流れる出力側コイル22C,22Dの直列接続されたもの(第3の直列コイル)および出力側コイル22G,22Hの直列接続されたもの(第2の直列コイル)には直列される2つの合計が正の電圧Vin/8となるように電圧が印加される。
上記の第1および第2の状態のいずれにおいても、出力側コイルに発生する(出力側コイルから出力される)電圧は、整流素子31A〜31Dでの電流の整流により一方向のみに印加される直流電圧と同様の態様となり、さらに平滑コンデンサ41および平滑コイル42)で平滑化される。以上により、平滑化された直流の電圧Voが平滑コンデンサ41の両端に印加される。
ここで、以上に述べた本実施の形態の絶縁型降圧コンバータの作用効果について説明する。
まず入力側駆動回路1により、入力側コイル21Aと入力側コイル21Bとの直列接続には、一定の時間間隔ごとに互いに反対方向の電圧を印加することができる。これにより直流の入力電圧を交流電圧に変換することができ、降圧トランス2における相互誘導による降圧を可能とする。
またたとえば図4と図5とに示すように、降圧トランス2Aにおいて入力側コイル21Aと出力側コイル22B,22E,22H,22Cのそれぞれとは少なくとも一部において互いに重なるように配置される。同様に降圧トランス2Bにおいて入力側コイル21Bと出力側コイル22A,22F,22G,22Dのそれぞれとは少なくとも一部において互いに重なるように配置される。このため、入力側コイル21の電流による磁束の変化を打ち消すように、出力側コイル22には入力側コイル21の電流の方向と逆方向に電流が流れようとする相互誘導の効果を高く得ることができる。
本実施の形態において整流素子31A〜31Dは、図4および図5(図6および図7)の示す2つの状態の間で入力側コイル21A,21Bに流れる電流の方向が変化するごとに中足23A3,23B3内を通る磁束S1,S2の変化を打ち消す磁束を発生するように流れようとする出力側コイル22A〜22Hの電流を整流する。つまり、第1の直列コイルとしての出力側コイル22A,22Bと第2の直列コイルとしての出力側コイル22G,22Hとのいずれか、および第3の直列コイルとしての出力側コイル22C,22Dと第4の直列コイルとしての出力側コイル22E,22Fとのいずれか、のみに(一定の時間間隔ごとに)交互に同時に電流が流れる。ここでは上記第1および第4の直列コイルに同時に、上記第2および第3の直列コイルに同時に、交互に電流が流れる。
整流素子31A〜31Dが上記のように交互に電流が流れるように整流することにより、入力側コイル21A,21Bと出力側コイル22A〜22Hとの間で相互誘導により得られる交流の電圧を直流の電圧に変換し、直流の出力を得ることができる。さらに平滑回路により、直流の出力値をさらに安定させることができる。
また、同時に流れる第1の直列コイル22A,22Bの電流と、第4の直列コイル22E,22Fの電流との方向は互いに反対方向になっている。具体的には、たとえば図4(図6)において第1の直列コイル22A,22Bには右向き、第4の直列コイル22E,22Fには左向きの電流が流れている。同様に、同時に流れる第2の直列コイル22G,22Hの電流と、第3の直列コイル22C,22Dの電流との方向は互いに反対方向になっている。具体的には、たとえば図5(図7)において第2の直列コイル22G,22Hには左向き、第3の直列コイル22C,22Dには右向きの電流が流れている。これにより、同時に電流が流れる2つの直線状の(0.5ターンと等価の)出力側コイル(たとえば第1および第4の直列コイル)を併せて擬似的に1ターンのコイルと等価とすることができる。したがって1ターンの出力側コイル22A〜22Hを用いて降圧トランス2A,2Bとして降圧の機能をさせることができる。
ただし上記のように擬似的には1ターンの状態を作り出しているものの、回路全体としては0.5ターンの出力側コイル22A〜22Hが並んだ状態となっている。このため降圧トランス2A,2Bの降圧比を考える際にはこれら複数の出力側コイル22A〜22Hを併せても出力側コイル22A〜22H全体で0.5ターンのコイルと等価であると考えることができる。ここで降圧比とは、降圧トランス2A,2Bの高電圧の入力側コイルの電圧の、低電圧の出力側コイルの電圧に対する比である。
第1の直列コイル22A,22Bおよび第3の直列コイル22C,22Dは第1の平滑コイル42Aに、第2の直列コイル22G,22Hおよび第4の直列コイル22E,22Fは第2の平滑コイル42Bに、それぞれ接続されている。このため第1および第3の直列コイルに流れる電流は平滑コイル42Aに、第2および第4の直列コイルに流れる電流は平滑コイル42Bに流れる。
ここで図9(D)を参照して、上下2つ並ぶグラフのうち上段は平滑コイル42Aに加わる電圧の時間変化を、下段は平滑コイル42Bに加わる電圧の時間変化を、それぞれ示している。これらのグラフの横軸は、図9(A)〜(C)の横軸に揃えるように、図4(図6)に示す第1の状態および図5(図7)に示す第2の状態での時間変化を示し、縦軸は平滑コイル42Aの電圧値VAまたは平滑コイル42Bの電圧値VBを示している。
図9(D)に示すように、図4(図6)の第1の状態時には、整流素子31Aにより出力側コイル22A,22B(第1の直列コイル)に流れる電流が平滑コイル42Aに流れる。このとき平滑コイル42AにはVin/8−Voの電圧が印加される。これは出力側コイル22A,22Bの高圧側の電圧から平滑コンデンサ41の電圧を引いた値である。これと同様に、整流素子31Cにより出力側コイル22E,22F(第4の直列コイル)に流れる電流が平滑コイル42Bに流れ、このとき平滑コイル42BにもVin/8−Voの電圧が印加される。
図5(図7)の第2の状態時には、整流素子31Bにより出力側コイル22C,22D(第3の直列コイル)に流れる電流が平滑コイル42Aに、また整流素子31Dにより出力側コイル22G,22H(第2の直列コイル)に流れる電流が平滑コイル42Bに流れる。このとき平滑コイル42A,42Bには上記と同様にVin/8−Voの電圧が印加される。
なお第1および第2の状態のいずれにも該当せず、平滑コイル42A,42Bに電流が流れないときは、平滑コンデンサ41の逆電圧−Voが印加される。またそれぞれの状態時において平滑コイル42A,42Bに流れる電流の傾きは、印加される電圧の値をそのコイルのインダクタンスの値で除した値になる。
図9(E)を参照して、上下2つ並ぶグラフのうち上段は平滑コイル42Aに流れる電流値IAを、下段は平滑コイル42Bに流れる電流値IBを、それぞれ示している。なお横軸の経過時間1〜9は、電流値IAまたはIBが極大値または極小値を示す時刻を無名数の相対値として示している。
図9(A)においては、2つの降圧トランス2Aと降圧トランス2Bとの間で、入力側コイル21Aと入力側コイル21Bとに印加される電圧の値がほぼ等しく、図9(B),(C)においては、降圧トランス2Aの4つの出力側コイル22B,22E,22H,22Cと、降圧トランス2Bの4つの出力側コイル22A,22F,22G,22Dとの電圧の値がほぼ等しい。このため図9(D),(E)に示すように平滑コイル42Aと平滑コイル42Bとに印加される電圧および流れる電流の値が等しくなっている。この状態はたとえば入力側コイルと出力側コイルとの結合バランスにより降圧トランス2Aと降圧トランス2Bとの間で結合バランスとなっている状態である。
ところが、たとえば様々なアンバランスとなる要因により、降圧トランス2Aの4つの出力側コイル22B,22E,22H,22Cの電圧の値が、降圧トランス2Bの4つの出力側コイル22A,22F,22G,22Dの電圧の値よりもたとえば高くなる場合がある。しかしこの場合においても、本実施の形態においては、第1〜第4の直列コイルのそれぞれに印加される電圧波形は等しく、その振幅(2つの直列接続された出力側コイルの電圧値の和)はほぼ等しい値(たとえばV)となる。これは上記の場合、電圧の高い出力側コイル22Bと電圧の低い出力側コイル22Aとが直列に接続される(同様に電圧の高い出力側コイル22E(/22H/22C)と電圧の低い出力側コイル22F(/22G/22D)とがそれぞれ直列に接続される)ためである。
このことから、第1または第3の直列コイルのいずれかの電流が流れる平滑コイル42Aと、第2または第4の直列コイルのいずれかの電流が流れる平滑コイル42Bとの値が等しくなる。
以上に述べたように、2つの降圧トランスのそれぞれの出力側コイル同士を直列接続した本実施の形態の構成によれば、たとえ2つの降圧トランスの間に結合アンバランスが起こって両者の出力側コイル間の電圧値が異なるものになったとしても、2つの平滑コイル42A,42Bの電流値を等しくすることができる。このため、2つの平滑コイル42A,42B間の電流アンバランスにより平滑コイル42A,42Bのマージンを取る必要がなくなり、平滑コイル42A,42Bを小型化することができる。
その他、本実施の形態においては、外足23A1,23A2,23B1,23B2と中足23A1,23B1との間を0.5ターン分巻回する出力側コイル22A〜22Hが採用されている。これにより、出力側コイルの巻回数が少ないことから、出力側コイルの通電距離を短くすることができる。
なお本実施の形態においては、入力側コイル21Aおよび入力側コイル21Bはいずれも4ターンのコイルであり、出力側コイル22A〜22Hのそれぞれが0.5ターンのコイルであることから、降圧トランス2A,2Bの降圧比が8:1となっている。ただし入力側コイル21A,21Bのターン数を変更することにより、たとえば入力側コイルを3ターンとすれば6:1、入力側コイルを5ターンとすれば10:1の降圧比とすることができる。
最後に図10を用いて、上記の降圧トランスの放熱経路について説明する。
図10を参照して、図2のX−X線に沿う部分における組立後の降圧トランスは、放熱器51と、放熱器51のたとえば上側の表面上に接するように載置されたI型コア24A,24Bと、I型コア24A,24Bの表面上に(放熱器51の表面に接するように)載置されたE型コア23A,23Bと、放熱器51の表面上の多層プリント基板26とを主に有している。
図中に明示されないが、多層プリント基板26に上記の態様で形成される出力側コイル22の第1〜第4の直列コイルのそれぞれの1対の端部のうち一方の端部が、配線32を介在して、放熱器51の表面上に載置された整流素子31(31A〜31D)のそれぞれに(電気的に)接続されている。これに対して第1〜第4の直列コイルのそれぞれの1対の端部のうち上記一方の端部と反対側の他方の端部が、放熱器51に通じている。
したがって降圧トランス2A,2Bのそれぞれは、その下側において放熱器51と接するように載置されている。逆に言えば放熱器51の表面上には降圧トランス2A,2Bのそれぞれが載置されている。
具体的には、多層プリント基板26は、少なくともその一部において絶縁シート52(絶縁部材)を介在して放熱器51に接触するように載置されている。より詳しく言えば、放熱器51と、多層プリント基板26の入力側コイル21(21A,21B)の少なくともいずれかならびに第1〜第8の出力側コイル22(22A〜22H)の少なくともいずれかとの間に、絶縁シート52が配置されている。絶縁シート52は放熱器51の表面上の少なくとも一部に載置されており、その絶縁シート52の少なくとも一部に接するように多層プリント基板26が載置されている。このため多層プリント基板26に形成される最下層のパターン20A(図3参照)に相当する出力側コイル22A,22Bなどが絶縁シート52に直接接するように載置することもできる。なお放熱器51の断面形状はあくまで一例でありこれに限られない。
入力側コイル21A,21Bの少なくともいずれか、ならびに出力側コイル22A〜22Hの少なくともいずれかの駆動による発熱は、絶縁シート52を介在して、放熱器51に伝えることができる。これにより多層プリント基板26の入力側コイル21および出力側コイル22が冷却される。放熱器51を空冷または水冷することにより放熱することができる。
多層プリント基板26の出力側コイル22は、ネジ53により放熱器51と固定されることが好ましい。このネジ53により、多層プリント基板26を放熱器51に安定に固定できるとともに、出力側コイル22から熱および電気を、ネジ53を介在して放熱器51に容易に伝えることができる。また多層プリント基板26の最下層のパターン20A(図3参照)と放熱器51との接触面を介在して出力側コイル22の発する熱を伝えることもできる。また多層プリント基板26の最下層のパターン20A(図3参照)と放熱器51との接触面を介在して出力側コイル22と放熱器51とを電気的に接続することもできる。
以上をまとめると、多層プリント基板26の出力側コイル22(パターン20A)から放熱器51への伝熱経路は(一部図示されないが)合計3つ存在する。具体的には、出力側コイル22から放熱器51へ直接伝熱する経路と、出力側コイル22を固定するネジ53を介在して(挟んで)出力側コイル22から放熱器51へ伝熱する経路と、出力側コイル22から絶縁シート52を介在して放熱器51へ伝熱する経路とである。これらのうち上記1つ目と2つ目の経路は、出力側コイル22から放熱器51への電流の経路ともなり得る。
本実施の形態の放熱器51は、降圧トランス2Aの出力側コイル22(22A〜22H)を含む出力側駆動回路の基準電位7として配置することもできる。上記のように多層プリント基板26に形成される最下層のパターン20A(図3参照)が出力側コイルであれば、当該出力側コイルの上に2層目のパターン20B(図3参照)としての入力用コイルが、そして当該出力側コイルの下にこれが載置される放熱器51が配置されることになる。したがってこの場合、放熱器51と、入力側コイル21A,21B(21)の少なくともいずれかとの間に、出力側コイル22A〜22H(22)の少なくともいずれかを配置することができる。
多層プリント基板26内においては図3に示す絶縁性の基板本体部37により、入力側コイル21と出力側コイル22とが比較的厳しい規格を満たすように絶縁される必要がある。しかし多層プリント基板26の最下層のパターン20Aに相当する出力側コイル22と出力側の基準電位7である放熱器51との間に挟まれる絶縁シート52は、絶縁シート52が入力側コイル21と放熱器51との間に挟まれる場合に比べて、その絶縁性の規格をさほど厳しくする必要がない。このため出力側コイル22と放熱器51との間に挟まれる絶縁シート52は、その厚みを薄くできる。したがって、入力側コイル21および出力側コイル22の発熱は、絶縁シート52を介することによりいっそう放熱器51に伝えやすくすることができる。
また多層プリント基板26の内部の入力側コイル21は、多層プリント基板26の基板本体部37を通って放熱器51へ伝熱する経路と、接続ビア25(図4(B),(C)参照)から絶縁シート52を介して放熱器51へ伝熱する経路と、放熱パターン28A,28B,28Cから図示されないパターンを経由しつつ放熱器51へ伝熱する経路との3つの経路が存在する。このため入力側コイル21からの発熱を高効率に放熱することができる。
次に図4〜図7を再度参照して、各図の(B)および(C)の入力側コイル21Aに接続されるように放熱パターン28Aが、入力側コイル21Bに接続されるように放熱パターン28Bが形成されている。また放熱パターン28Aと放熱パターン28Bとの間には3層目の入力側コイル21Aと入力側コイル21Bとの接続部に接続されるように、放熱パターン28Cが形成されていてもよい。
放熱パターン28A,28B,28Cは、たとえば平面視におけるE型コア23Aの外足23A2とE型コア23Bの外足23B2との間の位置に、たとえば図4(B)における左右方向に並ぶように配置されている。放熱パターン28A,28B,28Cは、パターン20B,20Cのそれぞれと同一の層として、つまり入力側コイル21と同様にたとえば銅の薄膜のパターンとして形成されている。放熱パターン28A,28B,28Cのそれぞれには、これらを多層プリント基板26の厚み方向に関して貫通するように貫通孔としての放熱ビア29A,29B,29Cが形成されている。
放熱ビア29A〜29C内の壁面には銅めっきが施されている。当該銅めっきの熱伝導性を利用して、入力側コイル21の発熱を放熱ビア29A〜29C内に伝導させ、たとえば最下層に形成された図示されないパターンに伝える。当該図示されないパターンがたとえば絶縁シート52に接触していれば、絶縁シート52を介してその真下の放熱器51まで、入力側コイル21などの発熱が伝えられる。そして放熱器51から当該熱が排熱される。
またたとえば図4〜図7の1層目(A)の出力側コイル22のパターン20A、および4層目(D)の出力側コイル22のパターン20Dの熱は、たとえば(多層プリント基板26内を伝った後)絶縁シート52を介してその真下の放熱器51まで伝えられる。あるいは基準電位7から放熱器51に達するルートにより、パターン20A,20Dの熱が伝えられてもよい。
図10においては一例として、中央部の絶縁シート52の上面に接するように放熱パターン28A(パターン20A:出力側コイル22の一部と同一の層)が載置されている。以上より、放熱パターン28A〜28Cおよび放熱ビア29A〜29Cを有すれば、より高効率に入力側コイル21および出力側コイル22の熱を絶縁シート52および放熱器51まで伝えることができる。
ただし図4〜図7において、1層目(A)から4層目(D)までのいずれの層においても放熱パターン28A〜28Cおよび放熱ビア29A〜29Cが形成されない態様とされてもよい。あるいはたとえば図4〜図7の各図の(A),(D)すなわち出力側コイル22と同一の層にも(入力側コイル21に接続される放熱パターン28A〜28Cなどとは別の)放熱パターン28A〜28Cおよび放熱ビア29A〜29Cが接続され、そこから放熱器51に放熱されてもよい。
以上の放熱器51は、本実施の形態の絶縁型降圧コンバータ101の各部品を内蔵する、図示されない筐体と一体としてもよい。この場合、出力側コイル22(22A〜22H)のそれぞれの1対の端部のうち上記一方の端部と反対側の他方の端部が、筐体に通じている。
(実施の形態2)
実施の形態2は実施の形態1と、以下の点において異なっている。ここで本実施の形態の回路構成を示す図11および本実施の形態の第1例の各層のコイルの態様を示す図12〜図13を用いて、実施の形態2の実施の形態1との差異について説明する。
図11〜図13を参照して、本実施の形態の第1例の絶縁型降圧コンバータ201は、基本的に実施の形態1の絶縁型降圧コンバータ101と同様の構成を有している。しかし絶縁型降圧コンバータ201は、直列接続された出力側コイル22A,22Bの1対の端部のうち一方の端部(出力側コイル22A側の端部)に、基準電位7と整流素子31Aのカソードとの双方が接続されている。この点において、本実施の形態(図11)は、直列接続された出力側コイル22A,22Bの1対の端部のうち一方の端部(出力側コイル22B側の端部)が基準電位7に、他方の端部(出力側コイル22A側の端部)が整流素子31Aのアノードに接続される実施の形態1(図1)の構成と異なっている。
具体的には、直列接続された出力側コイル22A,22B(第1の直列コイル)などの合計4組の直列コイルのそれぞれの一方の端部は整流素子31A〜31Dのカソードに接続されており、他方の端部は平滑コイル42A,42Bに接続されている。また整流素子31A〜31Dのアノードは基準電位7に接続されている。なお図12(A),(D)および図13(A),(D)において、図4(A),(D)などと異なり出力側コイル22は基準電位7と接続される側の端部において屈曲されていないが、これは実施の形態の本質的な部分ではなく、図12(A),(D)においても図4(A),(D)と同様に屈曲されていてもよい。
図12(A)を参照して、出力側コイル22A(第1の出力側コイル)は、降圧トランス2Aの外足23A1と中足23A3との間の領域を含むように配置されており、これと直列に接続される出力側コイル22B(第5の出力側コイル)は、降圧トランス2Bの外足23B1と中足23B3との間の領域を含むように配置されている。また出力側コイル22E(第8の出力側コイル)は、降圧トランス2Bの外足23B2と中足23B3との間の領域を含むように配置されており、これと直列に接続される出力側コイル22F(第4の出力側コイル)は、降圧トランス2Aの外足23A2と中足23A3との間の領域を含むように配置されている。出力側コイル22Aの図の左側の端部に整流素子31Aのカソードおよび基準電位7が、出力側コイル22Eの図の右側の端部に整流素子31Cのカソードおよび基準電位7が、それぞれ接続されている。図12(B),(C)は基本的に図4(B),(C)と同様である。
図12(D)を参照して、出力側コイル22C(第7の出力側コイル)は、降圧トランス2Bの外足23B2と中足23B3との間の領域を含むように配置されており、これと直列に接続される出力側コイル22D(第3の出力側コイル)は、降圧トランス2Aの外足23A2と中足23A3との間の領域を含むように配置されている。また出力側コイル22G(第2の出力側コイル)は、降圧トランス2Aの外足23A1と中足23A3との間の領域を含むように配置されており、これと直列に接続される出力側コイル22H(第6の出力側コイル)は、降圧トランス2Bの外足23B1と中足23B3との間の領域を含むように配置されている。出力側コイル22Hの図の右側の端部に整流素子31Dのカソードおよび基準電位7が、出力側コイル22Dの図の右側の端部に整流素子31Bのカソードおよび基準電位7が、それぞれ接続されている。
図12を参照して、スイッチング素子11Aおよびスイッチング素子11D(図1参照)がオンする第1の状態における動作すなわちコア23A,23B内の磁束の向きおよび入力側コイル21および出力側コイル22の電流の向きは、図4と基本的に同様である。また図13を参照して、スイッチング素子11Bおよびスイッチング素子11C(図1参照)がオンする第2の状態における動作すなわちコア23A,23B内の磁束の向きおよび入力側コイル21および出力側コイル22の電流の向きは、図5と基本的に同様である。
つまり本実施の形態においても第1および第2の直列コイルのいずれかならびに第3および第4の直列コイルのいずれか、のみに交互に電流が流れる(ここでは第1および第4の直列コイルに同時に電流が流れる)。また本実施の形態においても同時に流れる第1および第4の直列コイルの電流は互いに反対方向であり、第2および第3の直列コイルの電流は互いに反対方向である。
なお、これ以外の本実施の形態の第1例の構成は、実施の形態1の第1例の構成とほぼ同じであるため同一の要素については同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。
次に、図14(A)〜(D)および図15(A)〜(D)を参照して、本実施の形態の第2例において、図12および図13の第1例と同様の構成を有する箇所については同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。図14(A)〜(D)の本実施の形態の第2例においては、出力側コイル22A(第1の出力側コイル)、出力側コイル22B(第5の出力側コイル)、出力側コイル22G(第2の出力側コイル)および出力側コイル22H(第6の出力側コイル)は上記第1例と同様の位置に配置されている。また図14(B),(C)は基本的に図12(B),(C)と同様である。
ただし図14(A)においては、出力側コイル22C(第7の出力側コイル)と出力側コイル22D(第3の出力側コイル)との直列接続がパターン20Aと同一の層として配置される。また図6(D)においては、出力側コイル22E(第8の出力側コイル)と出力側コイル22F(第4の出力側コイル)との直列接続がパターン20Dと同一の層として配置される。
また図14(A)における出力側コイル22Bの右側の端部と出力側コイル22Cの右側の端部とは連結部(出力側コイル22と同じ銅の薄膜のパターンなど)により互いに接続されている。出力側コイル22Aの左側の端部には整流素子31A(第1の整流素子)のカソードおよび基準電位7が直列接続されている。出力側コイル22Dの左側の端部には整流素子31B(第3の整流素子)のカソードおよび基準電位7が直列接続されている。これにより出力側コイル22A,22B,22C,22Dが一体のパターンとして形成されている。
同様に図14(D)における出力側コイル22Gの左側の端部と出力側コイル22Fの左側の端部とは連結部(出力側コイル22と同じ銅の薄膜のパターンなど)により互いに接続されている。出力側コイル22Hの右側の端部には整流素子31D(第2の整流素子)のカソードおよび基準電位7が直列接続されている。出力側コイル22Eの右側の端部には整流素子31C(第4の整流素子)のカソードおよび基準電位7が直列接続されている。これにより出力側コイル22E,22F,22G,22Hが一体のパターンとして形成されている。以上の点において図14は図12と異なっている。
図14および図15の第1および第2の状態におけるコア23A,23Bの磁束の向き、入力側コイル21、出力側コイル22の電流の向きなどは、基本的にそれぞれ図6および図7と同じであり、言い換えれば図14は図12と、図15は図13と、それぞれ同じである。このため詳細な説明を省略する。
次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
以上の構成を有する本実施の形態は、基本的に実施の形態1と同様の作用効果を奏する。すなわち本実施の形態においても、たとえ2つの降圧トランスの間に結合アンバランスが起こって両者の出力側コイル間の電圧値が異なるものになったとしても、2つの平滑コイル42A,42Bの電流値を等しくすることができる。このため、2つの平滑コイル42A,42B間の電流アンバランスにより平滑コイル42A,42Bのマージンを取る必要がなくなり、平滑コイル42A,42Bを小型化することができる。本実施の形態のその他の作用効果についても、基本的に実施の形態1と同様である。
(実施の形態3)
実施の形態3は実施の形態1と、以下の点において異なっている。ここで本実施の形態の回路構成を示す図16および本実施の形態の第1例の各層のコイルの態様を示す図17〜図18を用いて、実施の形態3の実施の形態1との差異について説明する。
図16〜図18を参照して、本実施の形態の第1例の絶縁型降圧コンバータ301は、基本的に実施の形態1の絶縁型降圧コンバータ101と同様の構成を有している。しかし絶縁型降圧コンバータ301は、直列接続された出力側コイル22Aと出力側コイル22Bとの間に整流素子31Aが、直列接続された出力側コイル22A,22Bの1対の端部のうち一方の端部(出力側コイル22B側の端部)に、基準電位7が接続されている。この点において、本実施の形態(図16)は、直列接続された出力側コイル22A,22Bの1対の端部のうち一方の端部(出力側コイル22B側の端部)が基準電位7に、他方の端部(出力側コイル22A側の端部)が整流素子31Aのアノードに接続される実施の形態1(図1)の構成と異なっている。
具体的には、たとえば図17(A)を参照して、整流素子31A(第1の整流素子)のアノードは出力側コイル22B(第1の出力側コイル)に、整流素子31Aのカソードは出力側コイル22A(第5の出力側コイル)に接続されている。このように2つの出力側コイル22A,22Bの間に整流素子31Aが接続される場合においても(互いに隣り合うように直列接続される2つの出力側コイル22A,22Bと同様に)、ここでは出力側コイル22Aと出力側コイル22Bとは直列接続されて第1の直列コイルを構成するということにする。また整流素子31Aは実施の形態1のように直列接続される2つの出力側コイル22A,22Bの外側(出力側コイル22A,22Bからなる第1の直列コイルの一方の端部側)に接続されてもよいが、本実施の形態のように2つの直列接続される2つの出力側コイル22A,22Bの間に接続されてもよい。ここでは本実施の形態のような場合においても整流素子31Aは出力側コイル22A,22Bに直列接続されているということにする。
以下同様に、図16〜図18においては、直列接続された出力側コイル22E(第4の出力側コイル)と出力側コイル22F(第8の出力側コイル)との間に整流素子31C(第4の整流素子)が、直列接続された出力側コイル22E,22Fの1対の端部のうち一方の端部(出力側コイル22F側の端部)に基準電位7が、接続されている。整流素子31Cのアノードは出力側コイル22Fに、整流素子31Cのカソードは出力側コイル22Eに接続されている。図17(B),(C)は基本的に図4(B),(C)と同様である。
またたとえば図17(D)を参照して、直列接続された出力側コイル22G(第6の出力側コイル)と出力側コイル22H(第2の出力側コイル)との間に整流素子31D(第2の整流素子)が、直列接続された出力側コイル22G,22Hの1対の端部のうち一方の端部(出力側コイル22G側の端部)に基準電位7が、接続されている。整流素子31Dのアノードは出力側コイル22Gに、整流素子31Dのカソードは出力側コイル22Hに接続されている。また直列接続された出力側コイル22C(第3の出力側コイル)と出力側コイル22D(第7の出力側コイル)との間に整流素子31B(第3の整流素子)が、直列接続された出力側コイル22C,22Dの1対の端部のうち一方の端部(出力側コイル22C側の端部)に基準電位7が、接続されている。整流素子31Bのアノードは出力側コイル22Cに、整流素子31Bのカソードは出力側コイル22Dに接続されている。
なお直列接続された第1の直列コイル22A,22Bなどの一方の端部は基準電位7に接続されるが、他方の端部は平滑コイル42Aなどに接続されている。
図17に示す上記の第1の状態(スイッチング素子11A,11Dがオンする)における磁束および電流の向きは、図4と基本的に同様であり、図18に示す上記の第2の状態(スイッチング素子11B,11Cがオンする)における磁束および電流の向きは、図5と基本的に同様である。このため詳細な説明を省略する。
なお、これ以外の本実施の形態の第1例の構成は、実施の形態1の第1例の構成とほぼ同じであるため同一の要素については同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。
次に、図19(A)〜(D)および図20(A)〜(D)を参照して、本実施の形態の第2例において、図17および図18の第1例と同様の構成を有する箇所については同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。図19(A)〜(D)の本実施の形態の第2例においては、出力側コイル22A(第5の出力側コイル)、出力側コイル22B(第1の出力側コイル)、出力側コイル22G(第6の出力側コイル)および出力側コイル22H(第2の出力側コイル)は上記第1例と同様の位置に配置されている。また図19(B),(C)は基本的に図17(B),(C)と同様である。
ただし図19(A)においては、出力側コイル22C(第3の出力側コイル)と出力側コイル22D(第7の出力側コイル)との直列接続がパターン20Aと同一の層として配置される。また図19(D)においては、出力側コイル22E(第4の出力側コイル)と出力側コイル22F(第8の出力側コイル)との直列接続がパターン20Dと同一の層として配置される。
また図19(A)における出力側コイル22Bの左側の端部と出力側コイル22Cの左側の端部とは連結部(出力側コイル22と同じ銅の薄膜のパターンなど)により互いに接続されており、この連結部に基準電位7が接続されている。
同様に図19(D)における出力側コイル22Gの右側の端部と出力側コイル22Fの右側の端部とは連結部(出力側コイル22と同じ銅の薄膜のパターンなど)により互いに接続されており、この連結部に基準電位7が接続されている。以上の点において図19は図17と異なっている。
図19および図20の第1および第2の状態におけるコア23A,23Bの磁束の向き、入力側コイル21、出力側コイル22の電流の向きなどは、基本的にそれぞれ図6および図7と同じであり、言い換えれば図19は図17と、図20は図18と、それぞれ同じである。このため詳細な説明を省略する。
本実施の形態の作用効果は、基本的に実施の形態1,2の作用効果と同様であるため、詳細な説明を省略する。
(実施の形態4)
実施の形態4は実施の形態2と、以下の点において異なっている。まず図21〜図24を用いて、本実施の形態における降圧トランス2を構成する各部材の構造について説明する。なお本実施の形態の回路構成は、図11の実施の形態2における絶縁型降圧コンバータ201の回路構成と同様である。
図23および図24を参照して、本実施の形態における各層のコイル21,22のパターンの平面形状、および基準電位7と整流素子31A〜31Dとの接続態様は、基本的に図14および図15の実施の形態2の第2例における多層プリント基板26の各層のコイル21,22のパターンと同様である。このため各部の詳細な説明は省略する。
ただし図21〜図24を参照して、本実施の形態においては、4層の多層プリント基板26に形成されるコイルのうち最下層の第1層および最上層の第4層の出力側コイル22としては、それぞれたとえば銅製の平板部材としての金属板27Aおよび金属板27B(これらをまとめて金属板27)が配置されている。すなわち第1層の出力側コイル22A,22B,22C,22Dが銅板などの金属板27Aにより、また第4層の出力側コイル22E,22F,22G,22Hが銅板などの金属板27Bにより、それぞれ形成されている。なお金属板27A,27Bとして、銅の代わりにアルミニウムなどが用いられてもよい。この点において本実施の形態は、上記最下層の第1層および最上層の第4層が銅の薄膜のパターン20A,20Dにより形成される、実施の形態2とは異なっている。
ただし図23(B),(C)および図24(B),(C)を参照して、本実施の形態においても、4層の多層プリント基板26に形成されるコイルのうち最下層から2層目のパターン20Bと3層目のパターン20Cとについては、実施の形態1〜3と同様の金属(銅)の薄膜パターンが形成されている。
図22を参照して、金属板27A,27Bは、図3のパターン20A,20Dと同様に、それぞれ基板本体部37の最下面および最上面に接するように形成されている。
また図22を参照して、金属板27A,27Bは、パターン20B,20Cに比べて厚く形成される。また金属板27A,27Bは、多層プリント基板26の図21の奥行き方向に関する幅よりも長い幅を有するように、つまり多層プリント基板26の図21の奥行き方向に関する両端部からはみ出るように形成されてもよい。なお図22に示すように、実施の形態1と同様に、金属板27A,27Bおよびパターン20B,20Cは、絶縁材料の基板本体部37により(互いに短絡されないように)互いに間隔をあけて配置されている。
図23に示す上記の第1の状態(スイッチング素子11A,11Dがオンする)における磁束および電流の向きは、図4と基本的に同様であり、図24に示す上記の第2の状態(スイッチング素子11B,11Cがオンする)における磁束および電流の向きは、図5と基本的に同様である。このため詳細な説明を省略する。
図23(A)〜(D)および図24(A)〜(D)に示す放熱パターン28A〜28Cは、他の実施の形態と同様に銅の薄膜のパターンで形成される。しかし少なくとも、図23(A),(D)などの金属板27A,27Bが形成される層においては、金属板27A,27Bが形成される領域と重なる領域には銅の薄膜のパターンは形成されない。
なお、これ以外の本実施の形態の構成は実施の形態2の特に第2例の構成とほぼ同じであるため、同一の要素については同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。
次に、本実施の形態の作用効果について説明する。本実施の形態は、実施の形態1の作用効果に加えて以下の作用効果を奏することができる。
本実施の形態においては出力側コイル22が銅製の平板部材としての金属板27A,27Bにより形成されるため、出力側コイル22が薄膜パターンとして形成される場合に比べてその厚みが大きくなる。このため本実施の形態の出力側コイル22はその通電断面積を大きくすることができる。したがって、仮に絶縁型降圧コンバータの出力電流が増えて出力側コイル22の電流が大きくなっても、本実施の形態においては出力側コイル22の発熱量を低減することができる。
また本実施の形態においては、図23(A),(D)などに示すように、出力側コイル22A,22B(第1の直列コイル)と出力側コイル22C,22D(第3の直列コイル)とが連結部により互いに接続されている。同様に出力側コイル22E,22F(第4の直列コイル)と出力側コイル22G,22H(第2の直列コイル)とが連結部により互いに接続されている。このため、これらの各直列コイル間が別体である場合に比べて製造コストを低減することができる。
さらに本実施の形態においては、2つの金属板27Aおよび金属板27Bを互いに平面形状および厚みが等しい、同じ形状およびサイズを有するものとすることがより好ましい。このようにすれば、金属板27Aおよび金属板27Bの形状およびサイズが異なる場合に比べて金属板27A,27Bの製造コストを低減することができる。
最後に図25を用いて、上記の降圧トランスの放熱経路について説明する。
図25を参照して、図21のXXV−XXV線に沿う部分における組立後の降圧トランスは、基本的に図12の実施の形態1における構成およびその作用効果と同様であるため、図12と同一の構成要素については同様の符号を付しその説明を省略するが、以下の点において異なっている。
図23および図24においては、基準電位7は整流素子31のアノードに接続されており、出力側コイル22には直接接続されていない。このため図25においては、出力側コイル22と基準電位7である放熱器51とは、ネジで締結されていない。
図25においては、金属板27Aと金属板27Bとは、平滑コイル42が接続される側の端部を、ネジを用いずに絶縁シート52Aを介在させることにより放熱器51に接触させている。これにより、出力側コイル22の発熱を放熱器51に伝熱させて放熱する。また積層されたうち最下層である1層目の金属板27Aから、絶縁シート52Bを通り、さらにその下側に接する放熱器51まで放熱するルートも存在する。
(実施の形態5)
実施の形態5は実施の形態3と、以下の点において異なっている。まず図26〜図28を用いて、本実施の形態における降圧トランス2を構成する各部材の構造について説明する。なお本実施の形態の回路構成は、図16の実施の形態3における絶縁型降圧コンバータ301の回路構成と同様である。
図27および図28を参照して、本実施の形態における各層のコイル21,22のパターンの平面形状、および基準電位7と整流素子31A〜31Dとの接続態様は、図19および図20の実施の形態3の第2例における多層プリント基板26の各層のコイル21,22のパターンと同様である。このため各部の詳細な説明は省略する。
ただし図26〜図28を参照して、本実施の形態においては、4層の多層プリント基板26に形成されるコイルのうち最下層の第1層および最上層の第4層の出力側コイル22としては、実施の形態4と同様にそれぞれたとえば銅製の平板部材としての金属板27Aおよび金属板27B(これらをまとめて金属板27)が配置されている。
第1層の金属板27Aは、降圧トランス2Aを構成する図27(A)の左側半分の領域の出力側コイル22B,22Cを含む金属板27A1と、降圧トランス2Bを構成する図27(A)の右側半分の領域の出力側コイル22A,22Dを含む金属板27A2とを有している。つまり右側の金属板27A2についても金属板27A1と同様に、出力側コイル22Aと出力側コイル22Dとが連結部により連結され一体となっている点において、図27および図28は図19および図20とは若干の平面形状の相違がある。
第4層の金属板27Bは、降圧トランス2Aを構成する図27(D)の左側半分の領域の出力側コイル22H,22Eを含む金属板27B1と、降圧トランス2Bを構成する図27(D)の右側半分の領域の出力側コイル22G,22Fを含む金属板27B2とを有している。つまり左側の金属板27B1についても金属板27B2と同様に、出力側コイル22Hと出力側コイル22Eとが連結部により連結され一体となっている点において、図27および図28は図19および図20とは若干の平面形状の相違がある。
金属板27A1における出力側コイル22Bと出力側コイル22Cとの連結部、および金属板27B2における出力側コイル22Fと出力側コイル22Gとの連結部には、基準電位7が直接接続されてもよい。しかし上記連結部に当該金属板27A1,27B2を貫通する穴を設け、その穴をたとえばネジで締めることにより、出力側の基準電位7としての放熱器51に接続する態様としてもよい。
なお本実施の形態においても、図27(B),(C)などに示す入力側コイル21A,21Bは銅の薄膜のパターンにより形成されている。
以上の点において本実施の形態は、上記最下層の第1層および最上層の第4層が銅の薄膜のパターン20A,20Dにより形成される、実施の形態3とは異なっている。
図27に示す上記の第1の状態(スイッチング素子11A,11Dがオンする)における磁束および電流の向きは、図4と基本的に同様であり、図28に示す上記の第2の状態(スイッチング素子11B,11Cがオンする)における磁束および電流の向きは、図5と基本的に同様である。このため詳細な説明を省略する。
なお、これ以外の本実施の形態の構成は実施の形態3の特に第2例および実施の形態4の構成とほぼ同じであるため、同一の要素については同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。
本実施の形態の作用効果は、基本的に実施の形態4の作用効果と同様であるため、詳細な説明を省略する。
以上に述べた各実施の形態(に含まれる各例)に記載した特徴を、技術的に矛盾のない範囲で適宜組み合わせるように適用してもよい。
以上に述べた各実施の形態は、いずれの例においても、たとえば図4および図5のように、同時に電流が流れる第1の直列コイルと第4の直列コイルとが互いに同一の第1の層(同一の平面上)に配置され、かつ同時に電流が流れる第2の直列コイルと第3の直列コイルとが上記第1の層とは異なる互いに同一の第2の層(同一の平面上)に配置される。ただしこれに限らず、たとえば同時に電流が流れる第1の直列コイルと第3の直列コイルとが互いに同一の層である第1の層または第2の層に配置されてもよい。この場合はたとえば出力側コイル22A,22Bが第1の直列コイルに、出力側コイル22E,22Fが第3の直列コイルになる。
また以上に述べた各実施の形態は、いずれの例においても、たとえば図6および図7のように、同時に電流が流れる第1の直列コイルと第4の直列コイルとが互いに異なる層(異なる平面上)に配置され、かつ同時に電流が流れる第2の直列コイルと第3の直列コイルとが互いに異なる層(異なる平面上)に配置される。ただしこれに限らず、たとえば同時に電流が流れる第1の直列コイルと第3の直列コイルとが互いに異なる層に(第1の直列コイルと第4の直列コイルとが互いに同一の層に)配置されてもよい。この場合にはたとえば直列コイル22A,22Bが第1の2次側コイルに、直列コイル22E,22Fが第3の2次側コイルになる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1 入力側駆動回路、2 降圧トランス、5 制御回路、6 直流電源、7 基準電位、11,11A,11B,11C,11D スイッチング素子、12,13 接続点、20,20A,20B,20C,20D パターン、21,21A,21B 入力側コイル、22,22A,22B,22C,22D,22E,22F,22G,22H 出力側コイル、23A,23B E型コア、23A1,23A2,23B1,23B2 外足、23A3,23B3 中足、24A,24B I型コア、26 多層プリント基板、26A1,26A2,26A3,26B1,26B2,26B3,54 貫通孔、27,27A,27A1,27A2,27B,27B1,27B2 金属板、28A,28B,28C 放熱パターン、31,31A,31B,31C,31D 整流素子、32 配線、37 基板本体部、41 平滑コンデンサ、42,42A,42B 平滑コイル、51 放熱器、52,52A,52B 絶縁シート、53 ネジ、101,201,301 絶縁型降圧コンバータ。

Claims (9)

  1. 互いに並んで配置される第1および第2の降圧トランスを備え、
    前記第1の降圧トランスは、
    第1の中足と、前記第1の中足と同方向に延びるように前記第1の中足と間隔をあけて配置される第1の一方外足と、前記第1の中足に対して前記第1の一方外足と反対側に、前記第1の中足と間隔をあけて配置される第1の他方外足とを含む第1のコアと、
    前記第1のコアの前記第1の中足の周囲に巻回される第1の入力側コイルと、
    前記第1の一方外足と前記第1の中足との間に、前記第1の入力側コイルの少なくとも一部と重なり、かつ互いに間隔をあけて配置される第1および第2の出力側コイルと、
    前記第1の他方外足と前記第1の中足との間に、前記第1の入力側コイルの少なくとも一部と重なり、かつ互いに間隔をあけて配置される第3および第4の出力側コイルとを含み、
    前記第2の降圧トランスは、
    第2の中足と、前記第2の中足と同方向に延びるように前記第2の中足と間隔をあけて配置される第2の一方外足と、前記第2の中足に対して前記第2の一方外足と反対側に、前記第2の中足と間隔をあけて配置される第2の他方外足とを含む第2のコアと、
    前記第2のコアの前記第2の中足の周囲に巻回され、前記第1の入力側コイルと直列に接続される第2の入力側コイルと、
    前記第2の一方外足と前記第2の中足との間に、前記第2の入力側コイルの少なくとも一部と重なり、かつ互いに間隔をあけて配置され、前記第1および第2の出力側コイルのそれぞれと直列に接続される第5および第6の出力側コイルと、
    前記第2の他方外足と前記第2の中足との間に、前記第2の入力側コイルの少なくとも一部と重なり、かつ互いに間隔をあけて配置され、前記第3および第4の出力側コイルのそれぞれと直列に接続される第7および第8の出力側コイルとを含み、
    前記第1および第5の出力側コイルに直列接続された第1の整流素子と、
    前記第2および第6の出力側コイルに直列接続された第2の整流素子と、
    前記第3および第7の出力側コイルに直列接続された第3の整流素子と、
    前記第4および第8の出力側コイルに直列接続された第4の整流素子と、
    前記第1および第5の出力側コイルが直列接続された第1の直列コイルと、前記第3および第7の出力側コイルが直列接続された第3の直列コイルとに接続される第1の平滑コイルと、
    前記第2および第6の出力側コイルが直列接続された第2の直列コイルと、前記第4および第8の出力側コイルが直列接続された第4の直列コイルとに接続される第2の平滑コイルとをさらに備え、
    前記第1、第2、第3および第4の整流素子は、前記第1および第2の入力側コイルに流れる電流の方向が変化するごとに前記中足内を通る磁束を打ち消すように、第1および第2の直列コイルのいずれかならびに第3および第4の直列コイルのいずれか、のみに交互に同時に電流が流れ、かつ、第1および第2の直列コイルのいずれかならびに第3および第4の直列コイルのいずれか、の2つに同時に流れる電流は互いに反対方向となるように接続されている、絶縁型降圧コンバータ。
  2. 前記第1および第2の直列コイルのいずれか一方ならびに前記第3および第4の直列コイルのいずれか一方は同時に電流が流れかつ互いに同一の第1の層に配置され、前記第1および第2の直列コイルのいずれか他方ならびに前記第3および第4の直列コイルのいずれか他方は同時に電流が流れかつ前記第1の層とは異なる互いに同一の第2の層に配置される、請求項1に記載の絶縁型降圧コンバータ。
  3. 前記第1および第2の直列コイルのいずれか一方ならびに前記第3および第4の直列コイルのいずれか一方は同時に電流が流れかつ互いに異なる層に配置され、前記第1および第2の直列コイルのいずれか他方ならびに前記第3および第4の直列コイルのいずれか他方は同時に電流が流れかつ互いに異なる層に配置される、請求項1に記載の絶縁型降圧コンバータ。
  4. 前記第1、第2、第3、第4、第5、第6、第7および第8の出力側コイルのそれぞれは、平面視において直線状に延びている、請求項1〜3のいずれか1項に記載の絶縁型降圧コンバータ。
  5. 前記第1および第2の入力側コイルに、一定の時間間隔ごとに交互に互いに反対方向の電圧を印加する入力側駆動回路をさらに備える、請求項1〜4のいずれか1項に記載の絶縁型降圧コンバータ。
  6. 前記第1および第2の降圧トランスと接するように配置される放熱器と、
    前記放熱器と、前記第1および第2の入力側コイルの少なくともいずれかならびに前記第1、第2、第3、第4、第5、第6、第7および第8の出力側コイルの少なくともいずれかとの間に配置される絶縁部材とをさらに備え、
    前記第1および第2の入力側コイルの少なくともいずれか、ならびに前記第1、第2、第3、第4、第5、第6、第7および第8の出力側コイルの少なくともいずれかの発熱を前記絶縁部材を介在して前記放熱器に伝える、請求項1〜5のいずれか1項に記載の絶縁型降圧コンバータ。
  7. 前記放熱器と、前記第1および第2の入力側コイルの少なくともいずれかとの間に、前記第1、第2、第3、第4、第5、第6、第7および第8の出力側コイルの少なくともいずれかが配置され、
    前記放熱器は、前記第1および第2の降圧トランスの前記第1、第2、第3、第4、第5、第6、第7および第8の出力側コイルを含む出力側駆動回路の基準電位として配置される、請求項6に記載の絶縁型降圧コンバータ。
  8. 前記第1および第2の入力側コイルに接続され、前記第1および第2の入力側コイルの発熱を前記絶縁部材まで伝える放熱パターンおよび放熱ビアを含む、請求項6または7に記載の絶縁型降圧コンバータ。
  9. 前記第1、第2、第3、第4、第5、第6、第7および第8の出力側コイルは、銅製の平板部材として形成される、請求項1〜8のいずれか1項に記載の絶縁型降圧コンバータ。
JP2016564754A 2014-12-16 2015-11-25 絶縁型降圧コンバータ Active JP6336127B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014254056 2014-12-16
JP2014254056 2014-12-16
PCT/JP2015/082998 WO2016098538A1 (ja) 2014-12-16 2015-11-25 絶縁型降圧コンバータ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2016098538A1 true JPWO2016098538A1 (ja) 2017-07-06
JP6336127B2 JP6336127B2 (ja) 2018-06-06

Family

ID=56126436

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016564754A Active JP6336127B2 (ja) 2014-12-16 2015-11-25 絶縁型降圧コンバータ

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10199159B2 (ja)
JP (1) JP6336127B2 (ja)
CN (1) CN107005167B (ja)
DE (1) DE112015005606T5 (ja)
WO (1) WO2016098538A1 (ja)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10912232B2 (en) 2016-12-09 2021-02-02 Mitsubishi Electric Corporation Electronic circuit board and power conversion device
WO2018193504A1 (ja) * 2017-04-17 2018-10-25 三菱電機株式会社 平面トランス、レーザダイオード駆動用電源装置及びレーザ加工装置
US11545297B2 (en) 2019-06-06 2023-01-03 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Functionally graded thermal vias for inductor winding heat flow control
JP7278155B2 (ja) * 2019-06-18 2023-05-19 三菱電機株式会社 電力変換器
JP6721146B1 (ja) * 2019-08-05 2020-07-08 国立大学法人北海道大学 プレーナ型コイル、およびプレーナ型トランス
KR20210088195A (ko) * 2020-01-06 2021-07-14 엘지전자 주식회사 컨버터

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5555494A (en) * 1993-09-13 1996-09-10 Morris; George Q. Magnetically integrated full wave DC to DC converter
JP2008259387A (ja) * 2007-04-09 2008-10-23 Tdk Corp Dc/dcコンバータ
JP2013198387A (ja) * 2012-03-23 2013-09-30 Mitsubishi Electric Corp 絶縁型dc−dcコンバータ

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4825348A (en) * 1988-01-04 1989-04-25 General Electric Company Resonant power converter with current sharing among multiple transformers
US4864479A (en) * 1988-03-07 1989-09-05 General Electric Company Full-bridge lossless switching converter
CN1037427A (zh) * 1988-05-05 1989-11-22 海德罗-魁北克公司 带气隙的自调电抗的变压器
US4858093A (en) * 1988-12-12 1989-08-15 Qualitron, Inc. Integrated magnetic power converter
US5132888A (en) * 1991-01-07 1992-07-21 Unisys Corporation Interleaved bridge converter
US5975830A (en) * 1997-06-11 1999-11-02 Goodrich; Ronald W. Under floor wheelchair lift
EP1495532B1 (en) * 2002-04-12 2014-09-24 DET International Holding Limited Soft switching converter using current shaping
JP4059396B2 (ja) 2003-03-31 2008-03-12 Tdk株式会社 薄型大電流トランス
JP4219909B2 (ja) * 2005-03-31 2009-02-04 Tdk株式会社 フィルタ回路および電源装置
JP4482765B2 (ja) * 2005-09-30 2010-06-16 Tdk株式会社 スイッチング電源装置
JP2008178205A (ja) 2007-01-18 2008-07-31 Densei Lambda Kk スイッチング電源装置
US20090237044A1 (en) * 2008-03-18 2009-09-24 Orges Gjini Bidirectional interleaved DC to DC converter utilizing positively coupled filter inductors
JP5359749B2 (ja) 2009-09-30 2013-12-04 Tdk株式会社 トランス及びスイッチング電源装置
DE102012220376A1 (de) * 2012-11-08 2014-05-08 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung und Verfahren zum Laden eines elektrischen Energiespeichers aus einer Wechselspannungsquelle
EP3157022A1 (en) * 2015-10-16 2017-04-19 SMA Solar Technology AG Inductor assembly and power suppy system using the same

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5555494A (en) * 1993-09-13 1996-09-10 Morris; George Q. Magnetically integrated full wave DC to DC converter
JP2008259387A (ja) * 2007-04-09 2008-10-23 Tdk Corp Dc/dcコンバータ
JP2013198387A (ja) * 2012-03-23 2013-09-30 Mitsubishi Electric Corp 絶縁型dc−dcコンバータ

Also Published As

Publication number Publication date
CN107005167B (zh) 2019-05-10
US20180350514A1 (en) 2018-12-06
DE112015005606T5 (de) 2017-09-07
JP6336127B2 (ja) 2018-06-06
US10199159B2 (en) 2019-02-05
CN107005167A (zh) 2017-08-01
WO2016098538A1 (ja) 2016-06-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6584597B2 (ja) 絶縁型降圧コンバータ
JP6336127B2 (ja) 絶縁型降圧コンバータ
JP5304231B2 (ja) コイル基板構造及びスイッチング電源装置
JP5310857B2 (ja) コイル一体型スイッチング電源モジュール
US20180061560A1 (en) Multiple phase power converters having integrated magnetic cores for transformer and inductor windings
JP6305637B2 (ja) 絶縁型降圧コンバータ
JP5998774B2 (ja) プリントコイル型トランスおよび電源装置
JP6432167B2 (ja) 巻線部品及び電源装置
JP2011077328A (ja) トランス及びスイッチング電源装置
JP2014063856A (ja) 複合磁性部品及びスイッチング電源装置
JP4157545B2 (ja) 変圧素子、電圧変換装置およびコイル
JP5904228B2 (ja) 電源装置
JP2011181889A (ja) 電源装置およびパワーモジュール
JP6548817B2 (ja) 絶縁型昇圧コンバータ
KR20190025674A (ko) 다층 기판
JP6113045B2 (ja) 降圧トランスおよび絶縁型降圧コンバータ
JP2020150211A (ja) 積層基板およびコンバータ
JP2017055521A (ja) 電源装置
JP2016123191A (ja) シート型トランスの配線構造及びその実装方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20170322

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170927

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20180403

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20180501

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6336127

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250